CN111164372A - 用于确定机动车辆轮胎厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

确定机动车辆轮胎厚度的方法，该机动车辆配备有至少一个轮胎压力监测传感器，该传感器布置成与面向胎面的轮胎内壁接触。该方法包括以下步骤：根据轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度的时间变化，确定相继的至少两个参考时间；根据轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化以及至少一个参考时间，确定半挠曲角的至少一个通过时刻；根据半挠曲角的通过时刻和相继的至少两个参考时间确定半挠曲角，然后根据车辆的速度或加速度的值、半挠曲角和相继的至少两个参考时间，确定平均外半径的值，该平均外半径是在角度位置范围内估计的；根据轮胎压力监测传感器的径向加速度和角度位置的测量值确定平均内半径的值，该平均内半径是在角度位置范围内估计的，然后将轮胎厚度确定为平均外半径和平均内半径之差。

Description

用于确定机动车辆轮胎厚度的方法
技术领域
本发明的技术领域是轮胎，且更具体地是轮胎厚度的测量。
背景技术
随着关于机动车辆安全和设备的欧洲标准的修订，最近已在大部分机动车辆上普及了轮胎压力监测系统，也称为TPMS（对于“Tire Pressure Monitoring System”的英文首字母）系统。
因此，已经认识到，防止轮胎充气不足可能在防止机动车辆事故中起重要作用。
然而，轮胎磨损构成另一种事故风险，能够导致轮胎胎面上的凸纹消失以及抓地性和抓地力的降低。
因此，重要的是，在监测轮胎压力的同时，通过厚度的测量来监测轮胎的磨损。
如今，若干间接方法允许估计轮胎的相对磨损，但是它们需要根据轮胎的基准进行校准，这使其部署起来是复杂的。实际上，将需要根据车辆所配备的轮胎对每个磨损估计装置进行校准，并且这需要针对每种类型的车辆来进行。因此，相关费用将超过批量生产车辆通常可接受的费用。
发明内容
本发明的一个主题是一种用于确定机动车辆轮胎厚度的方法，该机动车辆配备有轮胎压力监测系统，该轮胎压力监测系统包括轮胎压力监测接收器，该轮胎压力监测接收器连接至布置在车辆的轮胎处的至少一个轮胎压力监测传感器，每个轮胎压力监测传感器被布置成与轮胎的内壁接触，以便能够测量当轮胎压力监测传感器定位成面向其的胎面与地面接触时径向加速度的变化。该方法包括以下步骤：
•根据轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化，确定相继的至少两个参考时间，
•根据轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化以及至少一个参考时间，确定半挠曲角的至少一个通过时刻，
•根据半挠曲角的通过时刻和相继的至少两个参考时间确定半挠曲角，然后
•根据车辆的速度或加速度的值、半挠曲角和相继的至少两个参考时间，确定平均外半径的值，该平均外半径是在角度位置范围内估计的，
•根据轮胎压力监测传感器的径向加速度和角度位置的测量值确定平均内半径的值，该平均内半径是在角度位置范围内估计的，然后
•轮胎厚度确定为平均外半径和平均内半径之差。
如果可以进行车辆的速度测量，并且相继的两个参考时间之间的车辆速度的相对变化低于预定阈值，则可以执行以下步骤：
•确定相继的第一参考时间和第二参考时间，
•根据轮胎的轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化，确定在第一参考时间之后的半挠曲角的通过时刻，
•根据半挠曲角的通过时刻和参考时间确定半挠曲角，然后根据半挠曲角、半挠曲角的通过时刻和两个参考时间以及车辆速度确定轮胎的平均外半径。
如果可以进行速度测量，并且相继的两个参考时间之间的车辆速度的相对变化大于阈值，或者如果不能进行速度测量，则确定相继的第一参考时间、第二参考时间和称为通过的第三参考时间，并且当在第三参考时刻，车辆的纵向加速度的绝对值低于预定阈值时，并且当在车辆的速度向量在水平面上的投影和安装有传感器的轮胎的速度向量在水平面上的投影之间的角度低于预定阈值时，则可以执行以下步骤：
•根据轮胎的轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化，确定在第二参考时间之后的半挠曲角的通过时刻，
•根据半挠曲角的通过时刻和参考时间确定半挠曲角，然后根据半挠曲角、参考时间以及由车辆所经历的纵向加速度在第二参考时间和第三参考时间之间的相对于时间的积分确定平均外半径的值。
可以将参考时间确定为位于与轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度的最小值相对应的时间范围的中间的时刻。
旋转的半挠曲角的通过时刻可以限定为用于所述旋转的参考时间之后的时刻，对于该时刻，由一阶低通滤波器过滤的轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度等于最小值。提醒一下，可以通过在参数的值减小之后确定参数的导数已经达到零值来确定参数已经达到最小值。
低通滤波器的截止频率可以等于0.1Hz。
可以根据全球定位信号确定车辆的速度。
可以根据加速度计的信号确定车辆的纵向加速度。
可以将在角度位置范围内估计的轮胎的内半径确定为等于轮胎压力监测传感器的径向加速度与轮胎压力监测传感器的角度位置相对于时间的导数的比在对应于角度位置范围的时间段内的积分。
角度位置范围可以从以弧度为单位的半挠曲角延伸至2π减去以弧度为单位的半挠曲角。
附图说明
通过阅读下面的描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见，以下描述仅作为非限制性示例并参考附图给出，其中：
- 图1说明了轮胎的关键特征参数，且
- 图2示出了轮胎的TPMS传感器的径向加速度的信号，示出了轮胎的压印。
具体实施方式
回顾一下，根据现有技术的TPMS（对于“Tire Pressure Monitoring System”的英文首字母）轮胎压力监测系统包括TPMS接收器，该TPMS接收器连接到布置在车辆的车轮处的至少一个TPMS传感器。通常，车辆的每个车轮都装有TPMS传感器。
TPMS系统还连接到中央设备，特别是电子控制单元ECU（对于“ElectronicCommand Unit”的英文首字母）或便携式电子设备，特别是智慧型电话或智能手机。与TPMS系统的连接可以是有线的或无线的（无线电，蓝牙，特别是低功耗蓝牙等）。但是，出于设计和实现的原因，与车辆的TPMS传感器的连接是无线的。
现有技术的TPMS传感器通常布置在轮胎中，在充气阀处或与面向轮胎胎面的轮胎内壁接触。
发明人已经注意到，由与面向胎面的内壁接触的TPMS传感器感知到的径向加速度随时间的变化形成了被称为压印（英文为“footprint”）的特征信号，基于该信号，可以确定轮胎的形态参数，尤其是其平均内半径。
因此，只有与轮胎内壁接触的TPMS传感器允许感知到轮胎与地面接触时的变形或挠曲，并由此推导出平均内半径。布置在面向胎面的轮胎内壁上的TPMS传感器的一个示例是Continental（大陆）的TPMS-eTIS（对于“electronic Tire Information System”的英文首字母）传感器。
图1示意性地显示了轮胎1在与地面3的接触附近在下部发生挠曲2的情况。图1所示的变量限定如下：
Ax：车辆的纵向加速度[m/s²]
θ：半挠曲角[rad]
Vveh：车辆的纵向速度[m/s]
Rext：无挠曲的轮胎的外半径[m]
Lext：轮胎挠曲的外半长[m]
可以看出，挠曲2的区域在角度范围[-θ；+θ]上延伸，而挠曲区域外部的区域在角度位置范围[θ；2π-θ]上延伸。
图2示出了第一信号4和第二信号5，第一信号4示出了在车轮旋转期间由TPMS传感器测量的径向加速度Arad随时间的变化，第二信号5示出了由低通滤波器（例如截止频率等于0.1 Hz）过滤的径向加速度随时间的变化。
考虑第一信号4，可以看到径向加速度通过的非零值对应于TPMS传感器在图1所示的挠曲区域之外的旋转。当TPMS传感器接近挠曲区域时，它经历了径向加速度的增加，直至局部最大值。然后，当面向TPMS传感器的胎面与地面接触时，TPMS传感器上的径向加速度急剧减小，直到达到最小值。 然后TPMS传感器经历的径向加速度再次增加，直到达到另一个局部最大值，然后朝非零值减小。
在面向TPMS传感器的胎面与地面接触时，车轮每次旋转都会重复上述径向加速度曲线。
可以在此曲线上限定以下值得注意的点：
根据一个实施例，将旋转i的参考时间Ti限定为位于与旋转i期间的最小径向加速度Arad相对应的时间范围6的中间的时刻。用于其他旋转的参考时间以类似的方式限定。
根据另一实施例，将旋转i的参考时间Ti限定为可以从一个旋转到下一旋转重复确定的值得注意的点。
考虑第二信号5，将半挠曲角θ的通过时刻Tθ限定为参考时间之后的时刻，对于该时刻，TPMS传感器所经历的径向加速度的由低通滤波器（例如具有的截止频率为0.1 Hz）过滤的值通过最小值。
还可以将用于参考时刻Ti的压印的开始时刻T2π-θ看作参考时刻之前的时刻，对于该时刻，TPMS传感器所经历的径向加速度的由低通滤波器（例如具有的截止频率为0.1 Hz）过滤的值通过最大值。
在同一张图中，可以看到用于参考时刻Ti的压印在时刻T2π-θ开始，并在半挠曲角的通过时刻Tθ结束。
应当注意，图1所示的挠曲区域[-θ；+θ]之外的角度位置范围[θ；2π-θ]对应于图2所示的时间T2π-θ-Tθ的范围。
在每个参考时间之后，假设存在半挠曲角θ的通过时刻Tθ。
现在将描述计算轮胎的平均外半径的确切情况。
根据半挠曲角θ、轮胎的平均外半径Rext和轮胎挠曲的外半长Lext限定轮胎1的外周长P。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（式1）。
半挠曲角θ的确定将在后面的描述中说明。
通过将Ti当做圈i的参考相位时间，并假设没有滑动的运动学条件，车辆的速度可以表示为：
Figure 723995DEST_PATH_IMAGE002
（式2）。
然后可以根据车辆速度Vveh是否可用，该速度是否基本恒定，或者是否只有车辆经历的纵向加速度Ax可用来确定轮胎的平均外半径。
在一个实施例中，中央设备具有用于确定车辆速度Vveh的装置，从而使得能够可靠且准确地确定车辆速度。作为这种确定的示例，可以提及基于全球定位信号（Navstar GPS，GLONASS，北斗，伽利略等）的确定。
当车辆速度Vveh可用时，轮胎的平均外半径确定如下：
式1和式2结合得到下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（式3）。
可以将挠曲半长Lext重写如下：
Figure 641136DEST_PATH_IMAGE004
（式4）。
然后式3和式4结合得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（式5）。
在另一个实施例中，中央设备包括用于确定车辆的纵向加速度的装置，从而使得可以可靠且准确地确定车辆的纵向加速度。作为这种确定的示例，可以提及使用车辆惯性测量单元的加速度计或属于便携式电子设备的加速度计的确定。
当车辆的纵向速度Vveh不可用且仅纵向加速度Ax可用时，轮胎的平均外半径Rext以以下方式确定。如果可以进行速度测量，但相继的两个参考时间之间的车辆速度的相对变化高于阈值，则也可以使用此确定。
通过应用以下公式，将周长
Figure 686452DEST_PATH_IMAGE006
视为在这两个时刻Ti和Ti-1之间是恒定的，来确定式2的两个时刻Ti和Ti-1之间的变化：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（式6）。
然后可以写：
Figure 347241DEST_PATH_IMAGE008
（式7）。
在车轮的两圈上，进行以下假设：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（式8）
其中：
FPraTio：完成半挠曲角所需的时间与完成车轮的一圈所需的时间之间的比。
然后式1、式6、式7和式8结合以引入平均外半径Rext：
Figure 505821DEST_PATH_IMAGE010
（式9）。
当在车辆的速度向量在水平面上的投影与安装有传感器的轮胎的速度向量在水平面上的投影之间的角度低于预定阈值（例如5°的偏转角）时，重写式9，以便使得两个时刻之间的车辆速度Vveh的变化等于这两个时刻之间的纵向加速度Ax的积分出现。整合这些项，以便表达式是可积分的。
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（式10）
然后可以将式10重新表达以使得平均外半径Rext出现：
Figure 593862DEST_PATH_IMAGE012
（式11）。
现在将描述半挠曲角θ的确定，半挠曲角θ在相位域中是径向加速度的参考点。
如果车辆以恒定速度行驶，即车辆的加速度低于阈值，例如0.05 m/s²，则半挠曲角θ以如下方式确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（式12）。
如果车辆正在经历纵向加速度，纵向加速度的相对变化低于预定阈值，例如0.05m/s²，即，如果速度变化基本上是线性的，则可以以如下方式估计半挠曲角θ。
基于对车轮的两圈的观察，可以确定车轮相对于时间的相位的二次变化和旋转频率的线性变化。
基于径向加速度参考点的角度函数限定如下：
Figure 267420DEST_PATH_IMAGE014
（式13）。
然后可以限定方程组，该方程组考虑三个时刻Ti-2，Ti-1和Ti的角度变化：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（式14）。
然后可以重新表达方程组14，以得到下面的方程组15，这是通过考虑在每个时刻Ti-2，Ti-1和Ti之间，相位改变了2π。换句话说，如果角度α(Ti-2)被认为是参考角度并且等于零，则角度α(Ti-1)对应于2π，角度α(Ti)对应于4π。
Figure 731900DEST_PATH_IMAGE016
（式15）。
如果将时刻Ti-2视为时间参考，则式15可以重写如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（式16）。
即：
Figure 931937DEST_PATH_IMAGE018
（式17）。
因为c = 0
根据式13应用于时刻Tθ并且对于由式17所确定的c的零值，则得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
（式18）。
其中a和b是方程组17所限定的两个系数，并且取决于参考时刻Ti-2，Ti-1和Ti。
现在将描述轮胎的平均内半径的确定。
由TPMS-eTis传感器根据角度函数α(t)和轮胎的平均内半径Rint测量的径向加速度Arad可以以以下方式在角度位置范围[θ；2π-θ]内近似：
Figure 75035DEST_PATH_IMAGE020
（式19）。
该表达式包括施加到车轮的径向加速度的垂直分量γz和施加到车轮的径向加速度的水平分量γx的贡献以及取决于角速度和内半径Rint的加速度的二次方演变。
本领域技术人员将注意到，对于特别是小于5°的角度的小偏转角，施加到车轮的径向加速度的水平分量γx与车辆所经历的纵向加速度Ax不重合。
此外，项cos(α(t))和sin(α(t))分别对应于施加到车轮的径向加速度的垂直分量γz的投影和径向加速度的水平分量γx的投影，这是在TPMS-eTis传感器的径向测量方向上。
为了提取在角度位置范围[θ；2π-θ]内估计的轮胎的平均内半径，进行了以下的近似：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
（式20）。
轮胎在角度位置范围[θ；2π-θ]内的内周长限定为：
Figure 360523DEST_PATH_IMAGE022
（式21）。
通过进行以下近似：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（式22）。
通过结合式22和式21，获得以下表达式：
Figure 504060DEST_PATH_IMAGE024
（式23）。
通过结合式20和式23，获得以下表达式：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
（式24）。
轮胎的厚度限定为通过应用式5和式11确定的平均外半径的估计值与通过应用式24确定的平均内半径的估计值的差。
轮胎厚度的相对变化限定为在给定时刻估计的轮胎厚度与以后估计的轮胎厚度之间的比。
用于确定轮胎厚度的方法包括以下步骤：
确定速度的测量值是否可用。
如果可用，则根据轮胎的TPMS传感器所经历的径向加速度随时间的变化来确定参考时间Ti-1和Ti以及参考时间Ti-1之后的半挠曲角θ的通过时刻Tθ。
当参考时间Ti时车辆的速度变化低于预定阈值时，根据式12确定半挠曲角θ，然后，通过应用式5确定轮胎12的平均外半径。
如果车辆的速度变化高于预定阈值，或者如果车辆速度不可用，则使用纵向加速度计，并且根据轮胎的TPMS传感器所经历的径向加速度随时间的变化确定参考时间Ti-2，Ti-1和Ti以及在参考时间Ti-1之后的半挠曲角θ的通过时刻Tθ。
更精确地，当车辆在参考时刻Ti处的纵向加速度Ax的绝对值低于阈值（例如0.05m/s²）时，并且当在车辆的速度向量在水平面上的投影和安装有传感器的轮胎的速度向量在水平面上的投影之间的角度小于预定阈值（例如5°的偏转角）时，通过应用式18而确定半挠曲角θ的值，然后通过应用式11确定轮胎的平均外半径的值。
对于旋转i，参考时间Ti被确定为位于与TPMS传感器所经历的径向加速度的最小值相对应的时间范围的中间的时刻。
半挠曲角θ的通过时刻Tθ被限定为参考时间Ti-1之后的时刻，对于该时刻，由一阶低通滤波器过滤的TPMS传感器所经历的径向加速度（具有例如等于0.1 Hz的截止频率）等于最小值。
然后通过应用式24，根据轮胎压力监测传感器的径向加速度与角度位置相对于时间的导数的比在角度位置范围上的积分来确定轮胎的平均内半径，该角度位置范围在对应于压印的角度位置范围之外延伸。
该方法结束于将轮胎的厚度确定为平均外半径和平均内半径之间的差。

Claims (10)

1.一种用于确定机动车辆轮胎厚度的方法，所述机动车辆配备有轮胎压力监测系统，所述轮胎压力监测系统包括轮胎压力监测接收器，所述轮胎压力监测接收器连接至布置在车辆的轮胎处的至少一个轮胎压力监测传感器，
每个轮胎压力监测传感器布置成与轮胎的内壁接触，以便能够测量当轮胎压力监测传感器定位成面向其的胎面与地面接触时径向加速度的变化，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：
•根据轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化，确定相继的至少两个参考时间，
•根据轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化以及至少一个参考时间，确定半挠曲角的至少一个通过时刻，
•根据半挠曲角的通过时刻和相继的至少两个参考时间确定半挠曲角，然后
•根据车辆的速度或加速度的值、半挠曲角和相继的至少两个参考时间，确定平均外半径的值，该平均外半径是在角度位置范围内估计的，
•根据轮胎压力监测传感器的径向加速度和角度位置的测量值确定平均内半径的值，该平均内半径是在角度位置范围内估计的，然后
•轮胎厚度确定为平均外半径和平均内半径之差。
2.根据前一项权利要求所述的方法，其中，如果车辆的速度测量可用，并且相继的两个参考时间之间的车辆速度的相对变化低于预定阈值，则：
•确定相继的第一参考时间和第二参考时间，
•根据轮胎的轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化，确定在第一参考时间之后的半挠曲角的通过时刻，
•根据半挠曲角的通过时刻和所述两个参考时间确定半挠曲角，然后根据所述半挠曲角、所述半挠曲角的通过时刻和所述两个参考时间以及车辆速度确定轮胎的平均外半径。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，如果速度测量可用，并且相继的两个参考时间之间的车辆速度的相对变化大于阈值，或者如果速度测量不可用，则确定相继的第一参考时间、第二参考时间和第三通过时间，并且当在第三参考时刻，车辆的纵向加速度的绝对值低于预定阈值时，并且当在车辆的速度向量在水平面上的投影和安装有传感器的轮胎的速度向量在水平面上的投影之间的角度低于预定阈值时，则：
•根据轮胎的轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度随时间的变化，确定在第二参考时间之后的半挠曲角的通过时刻，
•根据半挠曲角的通过时刻和所述参考时间确定半挠曲角，然后根据半挠曲角、所述参考时间以及由车辆所经历的纵向加速度在第二参考时间和第三参考时间之间的相对于时间的积分确定平均外半径的值。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将参考时间确定为位于与轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度的最小值相对应的时间范围的中间的时刻。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用于一次旋转的半挠曲角的通过时刻被限定为用于所述旋转的参考时间之后的时刻，对于该时刻，由一阶低通滤波器过滤的轮胎压力监测传感器所经历的径向加速度等于最小值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述低通滤波器的截止频率等于0.1Hz。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，根据全球定位信号来确定车辆的速度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，根据加速度计的信号来确定车辆的纵向加速度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将在角度位置范围内估计的轮胎的内半径确定为等于轮胎压力监测传感器的径向加速度与轮胎压力监测传感器的角度位置相对于时间的导数的比在对应于角度位置范围的时间段内的积分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述角度位置范围可以从以弧度为单位的半挠曲角延伸至2π减去以弧度为单位的半挠曲角。
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